اسیدهای نوکلئیک نقش مهمی در تضمین فعالیت حیاتی سلول های موجودات زنده دارند. نماینده مهم این گروه از ترکیبات آلی DNA است که حامل تمام اطلاعات ژنتیکی است و مسئول تجلی ویژگی های لازم است.
تکثیر چیست؟
در فرآیند تقسیم سلولی، لازم است میزان اسیدهای نوکلئیک در هسته افزایش یابد تا اطلاعات ژنتیکی در این فرآیند از بین نرود. در زیست‌شناسی، همانندسازی، تکثیر DNA از طریق سنتز رشته‌های جدید است.
هدف اصلی این فرآیند انتقال اطلاعات ژنتیکی به سلول های دختر بدون تغییر بدون هیچ گونه جهش است.
آنزیم ها و پروتئین های تکثیر
تکثیر مولکول DNA را می توان با هر فرآیند متابولیکی در سلول مقایسه کرد که به پروتئین های مناسب نیاز دارد. از آنجایی که همانندسازی جزء مهمی از تقسیم سلولی در زیست شناسی است، بنابراین، بسیاری از پپتیدهای کمکی در اینجا نقش دارند.
DNA پلیمراز مهمترین آنزیم تکثیر است که مسئول آن استبرای سنتز زنجیره دختر اسید دئوکسی ریبونوکلئیک. در سیتوپلاسم سلول در فرآیند تکثیر وجود تری فسفات های نوکلئیک اجباری است که تمام بازهای نوکلئیک را به همراه دارند
این بازها مونومرهای اسید نوکلئیک هستند، بنابراین کل زنجیره مولکول از آنها ساخته شده است. DNA پلیمراز مسئول فرآیند مونتاژ به ترتیب صحیح است، در غیر این صورت انواع جهش ها اجتناب ناپذیر است.
- پریماز پروتئینی است که مسئول تشکیل پرایمر در زنجیره الگوی DNA است. به این پرایمر پرایمر نیز می گویند، ساختار RNA دارد. برای آنزیم DNA پلیمراز، حضور مونومرهای اولیه مهم است، که سنتز بیشتر کل زنجیره پلی نوکلئوتیدی ممکن است. این عملکرد توسط پرایمر و آنزیم مربوط به آن انجام می شود.
- هلیکاز (هلیکاز) یک چنگال همانندسازی را تشکیل می دهد که واگرایی زنجیره های ماتریس با شکستن پیوندهای هیدروژنی است. این امر نزدیک شدن پلیمرازها به مولکول و شروع سنتز را آسان تر می کند.
- توپوایزومراز. اگر یک مولکول DNA را به عنوان یک طناب پیچ خورده تصور کنید، با حرکت پلیمراز در طول زنجیره، یک ولتاژ مثبت به دلیل پیچش قوی تشکیل می شود. این مشکل توسط توپوایزومراز، آنزیمی که زنجیره را برای مدت کوتاهی می شکند و کل مولکول را باز می کند، حل می شود. پس از آن، ناحیه آسیب دیده دوباره به هم دوخته می شود و DNA تحت فشار قرار نمی گیرد.
- پروتئین‌های Ssb مانند خوشه‌هایی به رشته‌های DNA در چنگال همانندسازی می‌چسبند تا از تشکیل مجدد پیوندهای هیدروژنی قبل از پایان فرآیند تکثیر جلوگیری کنند.
- لیگا. عملکرد آنزیمشامل دوخت قطعات اوکازاکی بر روی رشته عقب مانده مولکول DNA است. این با بریدن پرایمرها و قرار دادن مونومرهای اسید دئوکسی ریبونوکلئیک در جای خود اتفاق می افتد.
در زیست شناسی، همانندسازی یک فرآیند پیچیده چند مرحله ای است که در تقسیم سلولی بسیار مهم است. بنابراین استفاده از پروتئین ها و آنزیم های مختلف برای سنتز موثر و صحیح ضروری است.
مکانیسم تکرار
3 نظریه وجود دارد که فرآیند تکثیر DNA را توضیح می دهد:
- محافظه‌کار بیان می‌کند که یک مولکول دختری اسید نوکلئیک ماهیت ماتریکسی دارد و دومی کاملاً از ابتدا سنتز می‌شود.
- نیمه محافظه کار که توسط واتسون و کریک پیشنهاد شد و در سال 1957 در آزمایشات روی E. Coli تأیید شد. این نظریه می گوید که هر دو مولکول DNA دختر دارای یک رشته قدیمی و یک رشته جدید هستند.
- مکانیسم پراکندگی مبتنی بر این تئوری است که مولکول های دختر دارای بخش های متناوب در تمام طول خود هستند که از مونومرهای قدیمی و جدید تشکیل شده است.
در حال حاضر مدل نیمه محافظه کارانه اثبات شده علمی. همانندسازی در سطح مولکولی چیست؟ در ابتدا، هلیکاز پیوندهای هیدروژنی مولکول DNA را می شکند و در نتیجه هر دو زنجیره را برای آنزیم پلیمراز باز می کند. دومی، پس از تشکیل دانه ها، سنتز زنجیره های جدید را در جهت 5'-3' آغاز می کند.
خاصیت ضد موازی بودن DNA دلیل اصلی تشکیل رشته های پیشرو و عقب مانده است. روی رشته پیشرو، DNA پلیمراز به طور مداوم حرکت می کند، در حالی که روی رشته عقب مانده استقطعات اوکازاکی را تشکیل می دهد که در آینده توسط لیگاز به یکدیگر متصل خواهند شد.
ویژگی های همانندسازی
چند مولکول DNA بعد از همانندسازی در هسته وجود دارد؟ این فرآیند به خودی خود مستلزم دو برابر شدن مجموعه ژنتیکی سلول است، بنابراین، در طول دوره مصنوعی میتوز، مجموعه دیپلوئیدی دو برابر مولکول های DNA دارد. چنین ورودی معمولاً به عنوان 2n 4c علامت گذاری می شود.
علاوه بر معنای بیولوژیکی همانندسازی، دانشمندان کاربرد این فرآیند را در زمینه های مختلف پزشکی و علم یافته اند. اگر در زیست‌شناسی همانندسازی، تکثیر DNA است، در آزمایشگاه، از تولید مثل مولکول‌های اسید نوکلئیک برای ایجاد چندین هزار نسخه استفاده می‌شود.
این روش واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) نامیده می شود. مکانیسم این فرآیند مشابه همانند سازی در داخل بدن است، بنابراین از آنزیم ها و سیستم های بافر مشابهی برای سیر آن استفاده می شود.
نتیجه گیری
تکثیر اهمیت بیولوژیکی زیادی برای موجودات زنده دارد. انتقال اطلاعات ژنتیکی در طول تقسیم سلولی بدون تکثیر مولکول های DNA کامل نمی شود، بنابراین کار هماهنگ آنزیم ها در تمام مراحل مهم است.
